半导体装置及包括该半导体装置的显示装置制造方法及图纸

提高具有氧化物半导体膜的晶体管的场效应迁移率及可靠性。一种半导体装置，包括：氧化物半导体膜；栅电极；栅电极上的绝缘膜；绝缘膜上的上述氧化物半导体膜；以及氧化物半导体膜上的一对电极，其中，氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜包含相同的元素，并且，第一氧化物半导体膜具有其结晶性低于第二氧化物半导体膜的区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及包括该半导体装置的显示装置
本专利技术的一个实施方式涉及一种具有氧化物半导体膜的半导体装置。此外，本专利技术的一个实施方式涉及一种包括上述半导体装置的显示装置。注意，本专利技术的一个实施方式不局限于上述
本说明书等所公开的专利技术的一个实施方式的
涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本专利技术的一个实施方式涉及一种工序、机器、产品或组合物。本专利技术的一个实施方式尤其涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、其驱动方法或其制造方法。在本说明书等中，半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置。除了晶体管等半导体元件之外，半导体电路、运算装置或存储装置也是半导体装置的实施方式。摄像装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、电光装置、发电装置(包括薄膜太阳能电池或有机薄膜太阳能电池等)及电子设备可以包括半导体装置。
技术介绍
作为可用于晶体管的半导体材料，氧化物半导体受到瞩目。例如，专利文献1公开了如下半导体装置：层叠有多个氧化物半导体层，在该多个氧化物半导体层中，被用作沟道的氧化物半导体层包含铟及镓，并且使铟的比率比镓的比率高，而场效应迁移率(有时，简称为迁移率或μFE)得到提高的半导体装置。另外，非专利文献1公开了如下内容：包含铟、镓及锌的氧化物半导体具有以In1-xGa1+xO3(ZnO)m(-1≤x≤1，m为自然数)表示的同系物。此外，非专利文献1公开了同系物的固溶区域。例如，m＝1的情况下的同系物的固溶区域在x为-0.33至0.08的范围内，并且m＝2的情况下的同系物的固溶区域在x为-0.68至0.32的范围内。[参考文献][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开第2014-007399号公报[非专利文献][非专利文献1]M.Nakamura，N.Kimizuka，andT.Mohri，“ThePhaseRelationsintheIn2O3-Ga2ZnO4-ZnOSystemat1350℃”，J.SolidStateChem.，1991，Vol.93，pp.298-315
技术实现思路
将氧化物半导体膜用于沟道区域的晶体管的场效应迁移率越高越好。然而，有如下问题：当晶体管的场效应迁移率得到提高时，晶体管的特性容易具有常开启特性。注意，“常开启”是指即使对栅电极不施加电压也有沟道，而电流流过晶体管的状态。此外，在将氧化物半导体膜用于沟道区域的晶体管中，形成在氧化物半导体膜中的氧空位对晶体管特性造成负面影响。例如，形成在氧化物半导体膜中的氧空位与氢键合以成为载流子供应源。当在氧化物半导体膜中形成有载流子供应源时，产生具有氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动，典型的是，产生阈值电压的漂移。例如，在氧化物半导体膜中的氧空位量过多时，晶体管的阈值电压向负方向漂移而晶体管具有常开启特性。因此，在氧化物半导体膜中，尤其是在沟道区域中，氧空位量优选少，或者氧空位量优选少得不使晶体管具有常开启特性。鉴于上述问题，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提高具有氧化物半导体膜的晶体管的场效应迁移率及可靠性。此外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是抑制具有氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动并提高该晶体管的可靠性。此外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种功耗得到降低的半导体装置。此外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置。此外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的显示装置。注意，上述目的的记载不妨碍其他目的的存在。本专利技术的一个实施方式并不需要实现所有上述目的。上述目的以外的目的从说明书等的记载看来是显而易见并可以衍生出的。本专利技术的第一实施方式是一种具有氧化物半导体膜的半导体装置，该半导体装置包括：栅电极；栅电极上的绝缘膜；绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及氧化物半导体膜上的一对电极，其中，氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜包含相同的元素，并且，第一氧化物半导体膜具有其结晶性低于第二氧化物半导体膜的区域。在上述第一实施方式中，优选的是，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜分别独立地包含In、M(M为Al、Ga、Y或Sn)和Zn。此外，在上述第一实施方式中，优选的是，在In的原子比为4的情况下，对于In、M和Zn的总和的M的原子比为1.5以上且2.5以下，并且在In的原子比为4的情况下，对于In、M和Zn的总和的Zn的原子比为2以上且4以下。此外，在上述实施方式中，In、M和Zn的原子比优选为In:M:Zn＝4:2:3或其附近。此外，在上述第一实施方式中，优选的是，在In的原子比为5的情况下，对于In、M和Zn的总和的M的原子比为0.5以上且1.5以下，并且在In的原子比为5的情况下，对于In、M和Zn的总和的Zn的原子比为5以上且7以下。此外，在上述实施方式中，In、M和Zn的原子比优选为In:M:Zn＝5:1:6或其附近。此外，本专利技术的第二实施方式是一种具有氧化物半导体膜的半导体装置，该半导体装置包括：栅电极；栅电极上的绝缘膜；绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及氧化物半导体膜上的一对电极，其中，氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜包含相同的元素，第一氧化物半导体膜的电子亲和势大于第二氧化物半导体膜，第一氧化物半导体膜的电子亲和势与第二氧化物半导体膜的电子亲和势的差为0.15eV以上且2.0eV以下，并且，第一氧化物半导体膜具有其结晶性低于第二氧化物半导体膜的区域。此外，本专利技术的第三实施方式是一种具有氧化物半导体膜的半导体装置，该半导体装置包括：栅电极；栅电极上的绝缘膜；绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及氧化物半导体膜上的一对电极，其中，氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜分别独立地包含In、M(M为Al、Ga、Y或Sn)和Zn，第一氧化物半导体膜中的对于Zn的In的原子比大于第二氧化物半导体膜中的对于Zn的In的原子比，并且，第一氧化物半导体膜具有其结晶性低于第二氧化物半导体膜的区域。在上述第二实施方式及第三实施方式中，优选的是，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜分别独立地包含In、M(M为Al、Ga、Y或Sn)和Zn。在上述第二实施方式及第三实施方式中，优选的是，在In的原子比为4的情况下，第一氧化物半导体膜中的对于In、M和Zn的总和的M的原子比为1.5以上且2.5以下，并且在In的原子比为4的情况下，对于In、M和Zn的总和的所述Zn的原子比为2以上且4以下。此外，在上述实施方式中，所述In、所述M及所述Zn的原子比优选为In:M:Zn＝4:2:3或其附近。此外，优选的是，在In的原子比为1的情况下，第二氧化物半导体膜中的对于In、M和Zn的总和的M的原子比为0.5以上且1.5以下，并且在In的原子比为1的情况下，对于In、M和Zn的总和的所述Zn的原子比为0.1以上且2以下。此外，在上述实施方式中，In、M和Zn的原子比优选为In:M:Zn＝1:1:1或其附近。此外，在上述第二实施方式及第三实施方式中，优选的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：栅电极；所述栅电极上的绝缘膜；所述绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的一对电极，其中，所述氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及所述第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，所述第一氧化物半导体膜及所述第二氧化物半导体膜分别独立地包含In、M和Zn，所述M为Al、Ga、Y或Sn，所述第一氧化物半导体膜包括其结晶性低于所述第二氧化物半导体膜的区域，在所述In的原子比为4的情况下，对于所述In、所述M和所述Zn的总和的所述M的原子比为1.5以上且2.5以下，并且，在所述In的所述原子比为4的情况下，对于所述In、所述M和所述Zn的所述总和的所述Zn的原子比为2以上且4以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.13 JP 2016-080066;2016.04.13 JP 2016-080131.一种半导体装置，包括：栅电极；所述栅电极上的绝缘膜；所述绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的一对电极，其中，所述氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及所述第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，所述第一氧化物半导体膜及所述第二氧化物半导体膜分别独立地包含In、M和Zn，所述M为Al、Ga、Y或Sn，所述第一氧化物半导体膜包括其结晶性低于所述第二氧化物半导体膜的区域，在所述In的原子比为4的情况下，对于所述In、所述M和所述Zn的总和的所述M的原子比为1.5以上且2.5以下，并且，在所述In的所述原子比为4的情况下，对于所述In、所述M和所述Zn的所述总和的所述Zn的原子比为2以上且4以下。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述In、所述M和所述Zn的所述原子比为In:M:Zn＝4:2:3或其附近。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第二氧化物半导体膜包括结晶部，并且所述结晶部具有c轴取向性。4.一种显示装置，包括：权利要求1所述的半导体装置；以及显示元件。5.一种电子设备，包括：权利要求4所述的显示装置；以及操作键或电池。6.一种半导体装置，包括：栅电极；所述栅电极上的绝缘膜；所述绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的一对电极，其中，所述氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及所述第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，所述第一氧化物半导体膜及所述第二氧化物半导体膜分别独立地包含In、M和Zn，所述M为Al、Ga、Y或Sn，所述第一氧化物半导体膜包括其结晶性低于所述第二氧化物半导体膜的区域，在所述In的原子比为5的情况下，对于所述In、所述M和所述Zn的总和的所述M的原子比为0.5以上且1.5以下，并且，在所述In的所述原子比为5的情况下，对于所述In、所述M和所述Zn的所述总和的所述Zn的原子比为5以上且7以下。7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述In、所述M和所述Zn的原子比为In:M:Zn＝5:1:6或其附近。8.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述第二氧化物半导体膜包括结晶部，并且所述结晶部具有c轴取向性。9.一种显示装置，包括：权利要求6所述的半导体装置；以及显示元件。10.一种电子设备，包括：权利要求9所述的显示装置；以及操作键或电池。11.一种半导体装置，包括：栅电极；所述栅电极上的绝缘膜；所述绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的一对电极，其中，所述氧化物半导体膜包括第一氧化物半导体膜及所述第一氧化物半导体膜上的第二氧化物半导体膜，所述第一氧化物半导体膜及所述第二氧化物半导体膜包含相同的元素，所述第一氧化物半导体膜的电子亲和势大于所述第二氧化物半导体膜的电子亲和势，所述第一氧化物半导体膜的所述电子亲和势与所述第二氧化物半导体膜的所述电子亲和势的差为0.15eV以上且2.0eV以下，并且，所述第一氧化物半导体膜包括其结晶性低于所述第二氧化物半导体膜的区域。12.根据权利要求11所述的半导体装置，其中所述第一氧化物半导体膜及所述第二氧化物半导体膜分别独立地包含In、M和Zn，并且所述M为Al、Ga、Y或Sn。13.根据权利要求11所述的半导体装置，其中所述第二氧化物半导体膜包括结晶部，并且所述结晶部具有c轴取向性。14.一种显示装置，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，冈崎健一，黑崎大辅，中泽安孝，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP